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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer, an Glühstiftkerzen in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges anliegenden Glühkerzenspannung, wobei die Glühkerzenspannung gemessen und die gemessene Glühstiftkerzenspannung korrigiert wird sowie ein Glühstiftkerzensteuergerät bzw. ein Motorsteuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Um einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ein verbessertes Startverhalten zu ermöglichen, werden in den Zylindern des Verbrennungsmotors Glühstiftkerzen eingesetzt, welche neben der Verbesserung des Zündverhaltens des Verbrennungsmotors gleichzeitig noch den Vorteil haben, dass sie eine Kraftstoffverbrauchs- bzw. -emissionsreduzierung hervorrufen
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Aus der
DE 10 2008 054 510 A1 ist eine Steuereinheit für eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen und ein Verfahren hierzu bekannt. Dabei ist die Steuereinheit für eine Mehrzahl von Glühstiftkerzen ausgelegt, welche in einen Motorblock eines Kraftfahrzeuges eingebracht sind. Die Steuereinheit erfasst einen Masseversatz zwischen einem elektrischen Potential einer Karosserie des Kraftfahrzeuges und einem elektrischen Potential des Motorblocks des Verbrennungsmotors, wobei die Steuereinheit den ermittelten Masseversatz zur Korrektur einer am Glühzeitsteuergerät anliegenden Glühstiftkerzenspannung benutzt.
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Die Korrektur der Glühkerzenspannung mittels des Masseversatzes reicht aber nicht aus, um eine korrekte Glühkerzenspannung zu ermitteln, welche im Glühzeitsteuergerät weiter verarbeitet werden soll. Da die, an dem Glühzeitsteuergerät gemessene Glühkerzenspannung nicht konstant ist, sondern von der Anzahl der aktivierten Glühkerzen zum Zeitpunkt der Messung abhängt, können bei ein und demselben Batteriespannungsniveau verschiedene Messwerte der Glühkerzenspannung ermittelt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Glühkerzenspannung anzugeben, welche der genauen Spannungssituation der Glühkerzenspannung zum Messzeitpunkt entspricht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Korrektur der Glühkerzenspannung in Abhängigkeit von einer Batteriespannung erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass immer die korrekte Glühkerzenspannung, die an dem Glühzeitsteuergerät anliegt, erkannt wird. Dabei entfallen Fehler bei der nachfolgenden Berechnung weiterer Parameter der Glühkerzen, die mittels der gemessenen und korrigierten Glühkerzenspannung vorgenommen werden. Eine so korrigierte Glühkerzenspannung verbessert weiterhin die Diagnosemöglichkeiten an dem Glühzeitsteuergerät.
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Vorteilhafterweise werden innerhalb eines Messfensters mindestens ein Wert und/oder ein zeitlicher Verlauf der Batteriespannung gemessen. Insbesondere bei transistorbasierten Glühzeitsteuergeräten erfolgt die Ansteuerung der Glühkerzen nicht kontinuierlich, sondern in einem getakteten Betrieb. Daher wird durch Nutzung des Messfensters die Korrektur der Glühkerzenspannung immer entsprechend der Taktung der Ansteuerung vorgenommen. Die korrigierte Glühkerzenspannung hat den Vorteil, dass alle nachfolgenden Berechnungen, die auf der Grundlage dieses korrigierten Glühkerzenspannungswertes erfolgen, deutlich weniger toleranzbehaftet sind, wodurch sich bessere Ergebnisse und Aussagen erzielen lassen.
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In einer Ausgestaltung werden innerhalb des Messfensters mehrere Werte der Batteriespannung bestimmt, welche miteinander verglichen werden. Da bei einer Spannungsmessung die Werte der Glühkerzenspannung am Glühzeitsteuergerät schwanken, lässt sich aufgrund der Bestimmung der Batteriespannung innerhalb eines Messfensters feststellen, ob die Schwankungen der Glühkerzenspannung auf Einbrüche in der Motorspannung, beispielsweise bei einem Motorstart, zurückzuführen sind oder darauf, das unterschiedlich viele Glühstiftkerzen im Betrieb sind.
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In einer Weiterbildung wird die Batteriespannung von einem Motorsteuergerät ermittelt. Da das mit dem Glühzeitsteuergerät in ständiger Kommunikation stehende Motorsteuergerät die Batteriespannung zur Auswertung für andere Steuer- und Regelungsprozesse des Verbrennungsmotors misst und nutzt, muss das Glühzeitsteuergerät nicht zusätzlich noch einmal die Batteriespannung messen, sondern erhält vom Motorsteuergerät die einmal ermittelten Werte der Batteriespannung. Dadurch entfällt ein zusätzlicher Messaufwand am Glühzeitsteuergerät, wodurch sich das Verfahren vereinfacht und eine kostengünstigere Variante des Glühzeitsteuergerätes realisierbar ist.
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In einer Variante werden bei konstanten Werten der Batteriespannung und bei unterschiedlichen Werten der Glühkerzenspannung, welche innerhalb desselben Messfensters ermittelt wurden, die unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung gemittelt, wobei der Mittelwert für die Bestimmung mindestens eines weiteren Parameters der Glühstiftkerze genutzt wird. Auf Grund der konstanten Werte der Batteriespannung kann darauf geschlossen werden, dass keine Beanspruchung der Batterie zum Messzeitpunkt vorhanden war, weshalb eine Änderung der Bordnetzspannung somit weitgehend ausgeschlossen werden kann. Daraus resultiert, dass die Änderung der Glühkerzenspannung zu den unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb des Messfensters auf eine unterschiedliche Anzahl von aktivierten Glühstiftkerzen zurück zuführen ist. Somit lässt sich der eigentliche aktuelle Glühkerzenspannungswert des Glühzeitsteuergerätes einfach aus der Mittelung der gemessenen Glühkerzenspannungswerte bestimmen.
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Alternativ wird bei unterschiedlichen Werten der Batteriespannung und bei unterschiedlichen Werten der Glühkerzenspannung, welche innerhalb desselben Messfensters ermittelt wurden, jeder unterschiedliche Wert der Glühkerzenspannung zur Bestimmung mindestens eines weiteren Parameters der Glühstiftkerze genutzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass innerhalb des Messzeitraumes Änderungen der Bordnetzspannung infolge von einer zusätzlichen Beanspruchung der Batteriespannung hervorgerufen wurden, was den Verlauf der Glühkerzenspannung am Glühzeitsteuergerät beeinflusst. Um für weitere Berechnungen bzw. Diagnosen eine genaue Glühkerzenspannung zur Verfügung zu stellen, wird jeder Messwert der Glühkerzenspannung in dem betroffenen Messfenster weiter verwendet. Somit wird die Genauigkeit der aus der Glühkerzenspannung ermittelte Parameter für die weitere Ansteuerung der Glühstiftkerzen erhöht.
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Ferner wird als Parameter der Glühstiftkerze ein Kerzenwiderstand oder ein Kerzenstrom ermittelt. Der aus der gemessenen Glühkerzenspannung sich ergebende Kerzenwiderstand bzw. der daraus ermittelte Kerzenstrom können auf der Grundlage der korrigierten Glühkerzenspannung zuverlässig bestimmt werden. Weitergehende Korrekturen des so ermittelten Kerzenwiderstandes oder des Kerzenstromes können entfallen, wodurch sich der diese Parameter verwendende Steuer- bzw. Regelprozess vereinfacht.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Glühzeitsteuergerät zur Ansteuerung von Glühstiftkerzen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Messeinheit zur Bestimmung einer Glühkerzenspannung, welche einer Verarbeitungseinheit zuführbar ist. Bei einem Glühzeitsteuergerät, welches immer eine korrekte Glühkerzenspannung zur Verfügung stellt, empfängt die Verarbeitungseinheit innerhalb eines definierten Zeitraumes, in welchem die Messeinheit die Glühkerzenspannung bestimmt, eine Batteriespannung, welche die Verarbeitungseinheit zur Korrektur der, von der Messeinheit bestimmten Glühkerzenspannung nutzt. Mit der Information über die Batteriespannung, die vorteilhafterweise in einem Motorsteuergerät des Kraftfahrzeuges gemessen wird, kann die Messung der Glühkerzenspannung am Glühzeitsteuergerät genau korrigiert werden.
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Vorteilhafterweise bestimmt die Verarbeitungseinheit nach dem Empfang von konstanten Werten der Batteriespannung einen Mittelwert aus den Werten der Glühkerzenspannung, welche während des definierten Zeitraumes von der Messeinheit ermittelbar sind, wobei der Mittelwert einer Bestimmung von mindesten einem Parameter der Glühstiftkerzen zuführbar ist. Bei konstanten Werten der Batteriespannung erkennt das Glühzeitsteuergerät, dass keinerlei Änderung der Bordnetzspannung vorliegt, weshalb davon auszugehen ist, dass die unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung, welche innerhalb des definierten Zeitraumes von der Messeinheit bestimmt wurden, auf eine unterschiedliche Anzahl von aktivierten Glühstiftkerzen zurückzuführen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform führt die Verarbeitungseinheit nach dem Empfang von unterschiedlichen Werten der Batteriespannung jeden, während des definierten Zeitraumes bestimmten Wert der Glühkerzenspannung einer Bestimmung von mindestens einem weiteren Parameter der Glühstiftkerzen zu. Aus dem Empfang der unterschiedlichen Werte der Batteriespannung wird darauf geschlossen, dass das Bordnetz während der Messung der unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung einer Schwankung unterlag, weshalb die unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung auf diese Schwankung der Batteriespannung zurückzuführen sind.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät, mit einer, eine Glühkerzenspannung verarbeitenden Verarbeitungseinheit, die mit einer, Werte der Batteriespannung bestimmende Messeinheit verbunden ist. Bei einem Motorsteuergerät, welches immer eine korrekte Glühkerzenspannung zur Verfügung stellt, empfängt die Verarbeitungseinheit innerhalb eines definierten Zeitraumes Werte der Glühkerzenspannung und korrigiert diese empfangenen Werte der Glühkerzenspannung in Abhängigkeit von der, in dem definierten Zeitraum ermittelten Batteriespannung. Mit der Information über die Batteriespannung, die in dem Motorsteuergerät des Kraftfahrzeuges selbst gemessen wird, können Messwerte der Glühkerzenspannung, welche am Glühzeitsteuergerät gemessen werden, genau korrigiert werden.
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In einer Ausgestaltung bestimmt die Verarbeitungseinheit nach der Messung von konstanten Werten der Batteriespannung in dem definierten Zeitraum durch die Messeinheit einen Mittelwert aus den Werten der Glühkerzenspannung, welche während des definierten Zeitraumes von der Verarbeitungseinheit empfangen werden, und führt den Mittelwert einer Bestimmung von mindestens einem Parameter der Glühstiftkerzen zu. Da das Motorsteuergerät auf Grund der in dem definierten Zeitraum ermittelten konstanten Werten der Batteriespannung erkennt, dass sich die Bordnetzspannung nicht verändert hat, wird davon ausgegangen, dass die unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung, welche innerhalb des definierten Zeitraumes von dem Motorsteuergerät empfangen wurden, auf eine unterschiedliche Anzahl von aktivierten Glühstiftkerzen zurückzuführen ist.
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In einer Alternative führt die Verarbeitungseinheit nach der Messung von unterschiedlichen Werten der Batteriespannung in dem definierten Zeitraum durch die Messeinheit jeden, während des definierten Zeitraumes empfangenen Wert der Glühkerzenspannung einer Bestimmung von mindestens einem Parameter der Glühstiftkerzen zu. Aus der Messung der unterschiedlichen Werte der Batteriespannung wird darauf geschlossen, dass das Bordnetz während der Messung der unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung einer Schwankung unterlag, weshalb die unterschiedlichen Werte der Glühkerzenspannung auf diese Schwankung der Batteriespannung zurückzuführen sind.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1: Prinzipdarstellung eines Glühsystems in einem Kraftfahrzeug
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2: eine Ablaufsteuerung für ein Glühzeitsteuergerät eines Kraftfahrzeuges zur Bestimmung der genauen Glühkerzenspannung
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3: Verlauf von Batterie- und Glühkerzenspannung über der Zeit Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von < 40°C eine Starthilfe zur Zündung des in dem Verbrennungsmotor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, die in einem Motorsteuergerät oder dem Glühzeitsteuergerät abgelegt ist, besteht. Außerdem werden Glühsysteme auch zur Verbesserung der Emission des Kraftfahrzeuges genutzt. Weitere Einsatzgebiete des Glühsystems bestehen im Brennerabgassystem, bei der Standheizung, bei der Vorwärmung von Kraftstoff (flex fuel) oder der Vorwärmung des Kühlwassers.
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1 zeigt ein solches Glühsystem 1, bei welchem mehrere Glühstiftkerzen 2a bis 2n vorhanden sind, wobei jede Glühstiftkerze 2a bis 2n in jeweils einen Zylinder eines nicht weiter dargestellten Brennraumes des Verbrennungsmotors ragt. Die Glühstiftkerzen 2a bis 2n sind identisch aufgebaut und stellen übliche Niederspannungsglühstiftkerzen dar. In 1 sind die Glühstiftkerzen 2a bis 2n der Einfachheit halber als Ersatzwiderstand dargestellt, welche an die Masse 3 des Verbrennungsmotors führen.
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Die Glühstiftkerzen 2a bis 2n sind mit einem Glühzeitsteuergerät 4 verbunden, welches für jede Glühstiftkerze 2a bis 2n einen Leistungshalbleiter 5a bis 5n aufweist. Das Glühzeitsteuergerät 4 umfasst einen Mikrocontroller 4a zur Verarbeitung ein- und ausgehender Signale. Alternativ kann anstelle des Mikrocontrollers 4a auch ein ASIC verwendet werden. Weiterhin ist eine Bordnetzspannung 6 mit dem Glühzeitsteuergerät 4 verbunden, welche die Glühstiftkerzen 2a bis 2n über die Leistungshalbleiter 5a bis 5n mit der erforderlichen Effektivspannung versorgt. Darüber hinaus umfasst der Mikrocontroller 4a eine Messeinheit 12 und eine Verarbeitungseinheit 13, wobei die Messeinheit 12 mit dem Eingang 14 des Glühzeitsteuergerätes 4 verbunden ist
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Das Glühzeitsteuergerät 4 führt an das Motorsteuergerät 7, welches wiederum mit dem nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotor verbunden ist. Das Motorsteuergerät 7 und das Glühzeitsteuergerät 4 weisen eine Schnittstelle auf. Diese kann sowohl aus einer Eindraht- als auch einer Zweidraht-Verbindung 10, 11 bestehen. Über diese Schnittstelle werden Daten zwischen dem Motorsteuergerät 7 und dem Glühzeitsteuergerät 4 ausgetauscht, wobei darüber sowohl die Ansteuerung des Glühzeitsteuergerätes 4 (Verbindung 10) erfolgt als auch die Diagnosekommunikation (Verbindung 11). Das Glühzeitsteuergerät 4 gibt über die Leistungshalbleiter 5a bis 5n an die Glühstiftkerzen 2a bis 2n ein pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal ab, welches an der jeweiligen Glühstiftkerze 2a bis 2n die erforderliche Glühstiftkerzensteuerspannung einstellt.
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In 2 ist eine Ablaufsteuerung zur Ermittlung einer korrekten Glühkerzenspannung am Glühzeitsteuergerät 4 dargestellt. Im Block 101 wird ein Messfenster A, B, C von einer vorgegebenen Zeitdauer festgelegt, wobei in diesem Messfenster A, B, C jeweils die anliegenden Werte der Batteriespannung 15 als auch die Werte der Glühkerzenspannung 16 bestimmt werden. Die Glühkerzenspannung 16 wird dabei vom Glühzeitsteuergerät 4 ermittelt, indem die Spannung, welche am Eingang 14 des Glühzeitsteuergerätes 4 liegt, durch die Messeinheit 12 bestimmt wird. Die Batteriespannung 15 wird vom Motorsteuergerät 7 erfasst und über die Leitung 10 an das Glühzeitsteuergerät 4 weitergeleitet. Die Batteriespannung wird vom Motorsteuergerät 7 bereits für andere Steuer- und Regelungsprozesse des Verbrennungsmotors ermittelt und muss daher nicht gezielt für den Prozess der Korrektur der Glühzeitspannung bestimmt werden.
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Innerhalb des Glühzeitsteuergerätes 4 bestimmt die Messeinheit 12 die, während des definierten Messfensters A, B, C anliegende Glühkerzenspannung 16. Im Block 102 werden die so erhaltenen Messwerte von der Messeinheit 12 an die Verarbeitungseinheit 13 weitergeleitet, wobei die Verarbeitungseinheit 13 bereits die von dem Motorsteuergerät 7 bereitgestellten Werte der Batteriespannung empfangen hat. Die Verarbeitungseinheit 13 vergleicht nun die Werte der Glühkerzenspannung und die Werte der Batteriespannung jeweils untereinander.
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Wird nun festgestellt, dass innerhalb desselben Messfensters die Batteriespannung konstante Werte aufweist, während die Glühkerzenspannung unterschiedliche Werte zeigt, wird davon ausgegangen, dass während des Messfensters A, B, C eine konstante Bordnetzspannung vorlag. Danach wird in den Block 103 übergegangen, in welchem aus den, in dem definierten Messfenster A, B, C ermittelten unterschiedlichen Glühkerzenspannungen 16 ein Mittelwert gebildet wird. Dieser Mittelwert wird dann im Block 105 zur Bestimmung von mindestens einem weiteren Parameter der Glühstiftkerzen 2a bis 2n herangezogen. Zu diesen weiteren Parametern gehören u. a. der Kerzenwiderstand der Glühstiftkerzen bzw. der Kerzenstrom. Aus dem Kerzenwiderstand bzw. dem Kerzenstrom ermittelt die Verarbeitungseinheit 13 eine Glühstiftkerzensteuerspannung für die Glühstiftkerzen 2a bis 2n, welche über die Leistungshalbleiter 5a bis 5n zur Ansteuerung der Glühstiftkerzen 2a bis 2n an diese weitergeleitet wird.
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Stellt die Verarbeitungseinheit 13 im Block 102 fest, dass sowohl die Glühkerzenspannung 16 innerhalb des Messfensters A, B, C unterschiedliche Werte aufweist, als auch Änderungen der Werte der Batteriespannung 15 aufgetreten sind, was einer Änderung der Bordnetzspannung im elektrischen Gesamtsystem des Kraftfahrzeuges entspricht, wird jeder einzeln gemessene Wert der Glühkerzenspannung 16 am Glühzeitsteuergerät 4 im Block 104 weiterverarbeitet. Jeder einzelne Messwert der Glühkerzenspannung 16 wird dabei dem Block 105 zugeführt, wobei die Verarbeitungseinheit 13 ausgehend von jedem einzelnen Glühkerzenspannungswert den mindestens einen Parameter für eine Glühkerzensteuerspannung bestimmt und diese über die Leistungshalbleiter 5a bis 5n den Glühstiftkerzen 2a bis 2n zuführt.
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In 3 sind die Batteriespannung 15 und die Glühkerzenspannung 16 über der Zeit dargestellt, wobei der Verlauf der Batteriespannung 15 und der Glühkerzenspannung 16 in den Messfenstern A, B, C dargestellt ist. Die Glühkerzenspannung 16 und die Batteriespannung 15 werden dabei in mehreren Messfenstern A, B, C laufend hintereinander gemessen, was der getakteten Ansteuerung der Glühstiftkerzen 2a bis 2n in einem transistorbasierten Glühzeitsteuergerät 4 entspricht.
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Im Messfenster A ist zu erkennen, dass die Batteriespannung 15, welche von dem Motorsteuergerät 7 ermittelt wird, konstant verläuft, was auf eine konstante Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges schließen lässt. Im Messfenster B variieren und ändern sich sowohl die Batteriespannung 15 als auch die vom Glühzeitsteuergerät 4 ermittelte Glühkerzenspannung 16. Daraus wird geschlossen, dass ein Einbruch der Batteriespannung 15 erfolgt ist, welcher z. B. durch einen Start des Kraftfahrzeuges hervorgerufen wird. Dieser Einbruch der Batteriespannung 15 wirkt sich auf die Glühkerzenspannung 16 aus. Im Messfenster C hat die Batteriespannung 15 wieder ein konstantes Niveau erreicht, während die Glühkerzenspannung 16 variiert. Da die Batteriespannung 15 konstant bleibt, ergibt sich die Änderung der Glühkerzenspannung 16 daraus, dass unterschiedlich viele Glühstiftkerzen 2a bis 2n während des Messfensters C aktiviert waren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054510 A1 [0003]
